Lección 2: Redes ATM Para la transmisión, ATM emplea

Lección 2: Redes ATM
Para la transmisión, ATM emplea celdas de tamaño fijo de 53 bytes que resulta de un
compromiso entre los requisitos de las aplicaciones de voz (paquetes de tamaño
reducido son preferibles para evitar retardos prolongados) y las aplicaciones de datos
(son preferibles paquetes de tamaño mayor para rentabilizar el overead). A diferencia de
SDH, la transmisión de tramas no es de naturaleza continua, sino que las celdas se
transmiten sólo cuando hay información que enviar. De los 53 bytes, 5 se reservan para
la cabecera (destino del paquete, etc.) y 48 bytes se reservan para la carga que
transporta la celda tal y como se muestra en la figura.
La red ATM suele ser de tipo mallado, donde los elementos centrales son los
conmutadores ATM que generalmente están interconectados entre sí a través de
enlaces de tipo punto a punto e interfaces ATM. Esta conmutación se realiza a nivel de
celda ATM. Por tanto, al ser éstas de tamaño fijo y reducido, puede garantizarse una
transmisión extremo a extremo en la red con muy poco retardo, habilitando además la
posibilidad de proporcionar calidad de servicio (QoS). En la mayoría de los casos, los
conmutadores ATM se conectan a equipos SDH por medio de interfaces ópticos de
características compatibles a las descritas en la capa física de SDH.
Una red ATM está formada por conmutadores ATM y puntos finales ATM. El
conmutador ATM es responsable del tránsito de celdas a través de la red ATM: acepta las
celdas que le llegan de un punto final ATM o un conmutador ATM, lee y actualiza la
información en la cabecera de la celda, y rápidamente conmuta la celda a una interfaz
de salida hacia su destino. Un punto final ATM o sistema final, contiene un adaptador de
interfaz a la red ATM, el cual sí lee los bytes de datos de la celda. Ejemplos de puntos
finales son: las estaciones de trabajo, routers, unidades de servicio digitales,
conmutadores LAN, y codificadores y decodificadores de vídeo.
Los conmutadores ATM soportan dos tipos primarios de interfaces:

UNI (User to Network Interface). La interfaz UNI conecta sistemas finales ATM
(tales como servidores y routers) a un conmutador ATM.

NNI (Network to Network Interface). Conecta dos conmutadores ATM.
Los dispositivos ATM utilizan un formato de direcciones NSAP (Network Service Access
Point) del modelo OSI de 20 bytes, en el caso de redes ATM privadas; y un formato de
direcciones E.164 del ITU-T, semejante a números telefónicos, para las redes públicas BISDN. Cada sistema ATM necesita de una dirección ATM, independiente de los
protocolos de nivel superior como IP.
Lección 3: Arquitectura y modelos de capas ATM
La arquitectura de ATM utiliza un modelo de referencia para describir la funcionalidad
que soporta y que está relacionada con la capa física y la capa de enlace de datos del
modelo OSI. El modelo ATM comprende tres planos y cada plano abarca a todas las
capas:
Plano de control: genera y gestiona las peticiones de señalización.
Plano de usuario: gestiona la transferencia de datos.
Plano de gestión: incluye la gestión de capas, que incluye las funciones específicas de
cada capa y la gestión de planos, que también coordina las funciones del sistema
completo.
Modelo de referencia ATM.
Específicamente hablando, y tal y como se ilustra en la figura, las capas de ATM son:
1) Capa física: análoga al nivel físico del modelo OSI. Las celdas ATM pueden ser
transportadas por cualquier nivel físico. ATM no limita el nivel físico a SDH, también se
pueden emplear otras tecnologías, incluso inalámbricas.
2) La capa ATM: es análoga al nivel de enlace de datos de OSI. Se responsabiliza del
establecimiento de las conexiones y del envío y transporte de las celdas ATM a través de
la red. Para ello, precisa de la información de la cabecera de las celdas.
En cualquiera de las interfaces, la cabecera de 5 bytes es necesaria, aunque difiere
ligeramente si la celda se transmite a través de un enlace con UNI o de un enlace con
NNI. En la figura se muestran los campos de la cabecera para cada una de las dos
opciones correspondientes. Estos campos son los siguientes.
1) GFC: “Generic Flow control”: 4 bytes en UNI, no está presente en NNI.
2) VPI: “Virtual Path Identifier”: 8 bits en UNI, 12 en NNI.
3) VCI: “Virtual Circuit Identifier”: 16 bits.
4) PT: “Payload Type”: 3 bits.
5) CLP: “Cell Loss Priority”: 1 bit
6) HEC: “Header Error Control”: 8 bits (CRC sobre los 5 bytes de cabecera).
Cabecera ATM UNI.
Cabecera ATM NNI.
3) La capa de adaptación a ATM (AAL): realiza funciones también análogas a la capa de
enlace de datos de OSI y está fuertemente relacionada con la anterior. Su misión es
aislar a los protocolos de orden superior de los detalles de los procesos de ATM. Es un
nivel que adapta las tramas de formatos de protocolos superiores al formato de celda
ATM.
4) Capas superiores: aceptan paquetes generados por los usuarios mediante otros
formatos y los pasan a la capa AAL.
Los sistemas finales utilizan los tres niveles mientras que los conmutadores solo utilizan los
dos niveles inferiores.
Lección 4: Conexión y encaminamiento ATM
Como hemos mencionado anteriormente, ATM funciona como un servicio orientado a
conexión.
Con antelación a la transferencia de datos se ha de establecer un canal y se han de
reservar los recursos oportunos de la red. Las conexiones en ATM se denominan canales
virtuales y a cada uno de ellos se les asigna un Identificador de Canal Virtual (VCI). El VCI
de un canal virtual no tiene por qué mantenerse constante a lo largo de toda la
trayectoria desde el nodo origen al destino. Más aún suele cambiarse en cada nodo
intermedio, de forma que se modifica su valor en los diferentes enlaces intermedios. La
tarea de un conmutador (“switch”) es inspeccionar el valor del VCI de la celda a su
entrada, ir a una tabla de asignaciones que se encuentra disponible y actualizada en
todo momento y obtener el puerto de salida de dicha celda y el valor de VCI que hay
que poner como nuevo para el enlace siguiente.
La tabla VCI es un elemento fundamental y muestra el establecimiento previo del circuito
antes de la transmisión de datos propiamente dicha. Como se ha mencionado
anteriormente dicha tabla ha de especificar para cada valor de VCI de entrada el enlace
o puerto de salida y el valor de VCI nuevo que habrá de emplear la celda en dicho
enlace.
En la red puede haber un gran número (millones) de canales virtuales compartiendo el
mismo enlace. De acuerdo con el procedimiento anterior, cada uno tendría VCIs
diferentes y, al llegar a un nodo intermedio habría que consultar tablas de una
envergadura considerable. De hecho, el mirar más de una tabla de más de 216 =65536
entradas para encaminar cada cédula supondría un gran consumo de tiempo.
Si existiera un mecanismo para agrupar o agregar todos aquellos canales virtuales que al
menos comparten un elevado porcentaje de enlaces en el camino extremo a extremo,
esta propiedad podría emplearse para aliviar significativamente el proceso de
encaminamiento. Esta propiedad para agregar canales virtuales se implementa por
medio del uso de los identificadores de camino virtual o VPI (Virtual Path Identifier).
Para entender el funcionamiento del VPI nos referimos al ejemplo de la figura. En el
ejemplo, los dos canales virtuales comparten los enlaces 0- 1 y 1 – 2. Así el VPI=u se
asigna a los dos canales en el enlace 0 – 1 y el VPI=v en el enlace 1-2. El conjunto de los
dos enlaces es un camino virtual donde el nodo 0 es el origen del camino y el nodo 2 el
final. Cualquier celda que pertenezca a un canal virtual agrupado a este camino virtual
será enrutada a través de éste empleando el indicador VPI que es de menor tamaño
que el VCI. Al llegar al final de su camino virtual, las celdas son enrutadas a partir de allí
en virtud del valor de su VCI. Este esquema de dos niveles es más efectivo que emplear
la suma de bits de ambos (24) para UNI y 28 para NNI) directamente para conmutar.
El proceso de determinación de las rutas que seguirán las celdas en una conexión ATM
extremo a extremo y el mantenimiento y cambio de las tablas de VCI, puertos y VPI en
cada conmutador de ATM se realiza a través de un protocolo de encaminamiento. En el
caso de ATM este protocolo se conoce por las siglas PNNI (Private Network to Network
Interface) si la conexión es entre redes privadas y BCI (Broadband Carrier Interface) si la
conexión es entre redes públicas.
El funcionamiento del protocolo es el siguiente: cada enlace de la red viene
caracterizado por una serie de parámetros que describen su estado (tasa de pérdida de
celdas, retardo máximo, ancho de banda disponible, etc…) así como por otro parámetro
de coste o factor de peso que indica el coste en que incurrirá la red por emplearlo.
Cada conmutador ATM informa al resto de los demás del valor de estos parámetros para
cada uno de los enlaces que parten de sus puertos de salida. Así, cada “switch” ATM
obtiene una información global de la topología de la red y los estados de sus enlaces. El
conmutador de entrada puede emplear esta información para calcular la ruta que mejor
se ajusta a los requisitos de QoS establecidos y, al mismo tiempo minimizar el coste. Una
vez que la ruta se ha calculado, cada “switch” incluido en ella es informado acerca de la
nueva conexión y sus tablas de etiquetas VPI/VCI entrada/salida han de ser
reconfiguradas. Una vez terminada esta tarea, finaliza el proceso de conexión y PNNI es
invocado de nuevo.
Lección 5: Capas de adaptación ATM (AAL)
ATM emplea celdas de tamaño fijo. Sin embargo, las aplicaciones que emplean ATM o
emplean paquetes de tamaño variable como IP o son de tipo flujo contínuo como la
transmisión de vídeo o voz. La capa de Adaptación de ATM, AAL es la responsable,
como ya vimos de transformar este diverso conjunto de diferentes tipos de señales
cliente en celdas de ATM. Para transportar diversos tipos de tráfico se han definido
diferentes tipos de AAL, éstos transforman paquetes, largas cadenas de señales de vídeo,
etc., en segmentos de 48 bytes susceptibles de incorporarse a la carga de celdas ATM.
 La capa AAL se divide en dos subcapas o subtareas:
 Capa de convergencia (adapta la información a múltiplos de octetos)
 Capa de segmentación y re – ensamblaje o SAR, que segmenta la
información en unidades de 48 octetos en la fuente y la re-ensambla en el
destino.


Características de los 5 tipos de AAL.
ATM Adaptation Layer 1 (AAL1): AAL Tipo 1 o clase A soporta CBR (Constant Bit
Rate), síncrono, orientado a conexión. Su servicio es de alta prioridad y
garantizado. Se utiliza, por ejemplo, para audio y video sin comprimir
(videoconferencias, audio interactivo)
ATM Adaptation Layer 2 (AAL2): AAL Tipo 2 soporta rt-VBR (Variable Bit Rate in
real time), de circuito orientado a la conexión de tráfico síncrono. Su servicio es de
baja prioridad y garantizado. Se utiliza en compresión de video.

ATM Adaptation Layer 3 y 4 (AAL3 y AAL4): Soportan al VBR, tráfico de datos,
circuitos orientados a la conexión, tráfico asíncrono (por ejemplo X.25 de datos) o
a los paquetes de datos no orientados a la conexión (ej.: tráfico SMDS) con una
cabecera (header) adicional de 4 bytes en el payload de la celda. Por ejemplo
Frame Relay y X.25. Su servicio es de alta prioridad y no garantizado.
ATM Adaptation Layer 5 (AAL5): Este AAL ha sido diseñado para utilizarse bajo
TCP/IP y está normalizado en la RFC 1577. AAL Tipo 5 es similar a AAL 3/4 con
un programa de simplificación de cabecera (header) de información. Este AAL
asume que los datos son secuenciales desde el usuario final y usa el bit Payload
Type Indicator (PTI) para indicar la última celda en transmitirse. Ejemplos de este
servicio son el clásico IP sobre ATM, Ethernet sobre ATM, SMDS, y emulación LAN
(LANE). Su servicio es de baja prioridad y no garantizado.
En el caso de AAL5 se definen 4 clases de servicio:
 CBR (Constant Bit Rate): Tasa de velocidad constante. Divide la capacidad total del
ancho de banda y se encarga de la parte con un flujo constante de tráfico. Se
emplea como simulación de redes LAN o enlaces punto a punto. Es adecuado
para transmisiones de tiempo real como vídeo y voz.
 VBR (Variable Bit Rate): Tasa de velocidad variable. Se utiliza sobre la capacidad
no aprovechada por CBR y está pensando para permitir el tráfico a ráfagas y
asegurar un caudal mínimo (similar a Frame Relay).
Se ofrecen 2 posibilidades. rt-VBR para aplicaciones de tiempo real y nrt-VBR para las de
no tiempo real. Por ejemplo la transmisión de video MPEG utiliza rt-VBR.
El servicio nrt-VBR es el ofrecido por los operadores de acceso a Internet para usuarios.
 UBR (Unespecified Bit Rate): Tasa de velocidad no especificada. Utilizado en el
ancho de banda restante. El tráfico que utiliza este servicio es el susceptible de ser
eliminado en caso de congestión en los conmutadores. Lo utilizan aplicaciones
tolerantes a pérdidas de paquetes, como conexiones TCP.
 ABR (Available Bit Rate): Tasa de velocidad libre. Se hace una mejor gestión de la
capacidad sobrante que con UBR. Se establece un caudal mínimo y existe una
realimentación de paquetes para evitar la pérdida de celdas y la congestión.
